汽車轉向直拉桿斷裂原因分析

張東珉

摘 要：隨著社會對汽車利用率的逐年攀升，使得汽車零部件的故障發(fā)生率越來越高，部分汽車的轉向直拉桿甚至會出現(xiàn)斷裂的情況。本文以改善汽車制造工藝水平以及提升汽車性能為出發(fā)點，首先介紹試驗方法、宏觀觀察、化學成分分析、硬度測試、金相檢驗、斷口分析以及微裂紋分析，進而針對試驗結果展開分析與討論，最終從本質上提升汽車部件的質量。

關鍵詞：汽車;轉向直拉桿;斷裂原因

引言

社會整體發(fā)展速度的不斷提升使大眾對汽車的使用需求變得越來越多，轉向直拉桿作為汽車轉向機構的重要組成零件，其性能與質量將在很大程度上決定汽車整體的穩(wěn)定性與安全性。通常來講，轉向直拉桿與轉向橫拉桿都隸屬于轉向拉桿，而前者能夠將轉向搖臂的相應運動傳遞到轉向節(jié)臂上，其能夠多次承受壓應力以及拉應力的作用，一旦發(fā)生斷裂就會帶來嚴重的后果。因此，汽車制造廠商以及維修公司應當分析汽車零部件的失效原因，探索有效的預防措施與改進方法，從而推動汽車行業(yè)的健康發(fā)展。

1.理化試驗

1.1試驗方法

本文所研究的試驗材料是自卸車已經斷裂的轉向直拉桿，借助對應標準的體視顯微鏡實現(xiàn)對拉桿斷裂位置的宏觀觀察，并使用全譜直讀光譜儀分析轉向直拉桿的主要化學成分。同時，試驗人員需要切割斷裂的轉向直拉桿以實現(xiàn)取樣操作，制取樣品以后應當采用98N試驗力開展專業(yè)的硬度測試。除此之外，還需要在光學顯微鏡下實現(xiàn)轉向直拉桿的金相檢驗，并在掃描電子顯微鏡的幫助下實現(xiàn)對斷裂面微裂紋的具體觀察與分析。

1.2宏觀觀察

通過觀察轉向直拉桿的斷裂面可以發(fā)現(xiàn)，直拉桿的中間部位有一定程度的弧形彎曲且斷裂位置恰好處于該彎曲面的中間部位，而斷裂部位與軸線的方向幾乎呈垂直。值得一提的是，斷裂部位的附近出現(xiàn)油漆脫落現(xiàn)象且銹蝕痕跡較為明顯，而直拉桿的兩端仍然可以看到黑色油漆。本文所研究的直拉桿外部直徑為三十毫米，所采用的材料壁厚大約五毫米，通過分析鍛煉部位的宏觀形貌可以發(fā)現(xiàn)，斷裂部位整體上凹凸不平且斷口有大半區(qū)域處于銹蝕的狀態(tài)，剩余區(qū)域的斷裂口比較新鮮，這說明斷裂口不同部位的形成時間有所區(qū)別，且新鮮斷裂口部位形成的時間相對比較短，而銹蝕現(xiàn)象發(fā)生比較嚴重的部位斷裂口形成時間比較長。依據(jù)斷口的相關形貌特征，可以將斷口分為三個區(qū)域，分別為斷裂源區(qū)、裂紋擴展區(qū)以及最新斷裂部位，而斷裂源區(qū)大多處于直拉桿彎曲結構的內側部位，最新斷裂部位基本處于彎曲結構的外側部位。除此之外，本文所研究的轉向直拉桿具備脆性斷裂的顯著特種，并不存在碰撞現(xiàn)象。

1.3化學成分分析

通過結合原子發(fā)射光譜分析方法的相關文件可知，試驗人員可以通過分析轉向直拉桿的化學成分來加深對斷裂部位的了解，并核實直拉桿的化學成分是否與行業(yè)標準相符。需要注意的是，該直拉桿的化學組成成分完全符合優(yōu)質碳素結構鋼的化學技術要求。

1.4硬度測試

實驗人員通過結合金屬材料的維氏硬度實驗文件對對象直拉桿的端口進行硬度測試。結果顯示，該直拉桿的斷口硬度為185HV10，然后借助相關轉換文件將維氏硬度換為布氏硬度，對應的布氏硬度值為178HB，完全符合相關的硬度技術要求。

1.5金相檢驗

試驗人員結合金屬顯微組織檢驗方法文件實現(xiàn)對轉向直拉桿的斷口取樣并進行相應的金相檢驗。實驗結果表明，其纖維組織為鐵素體與珠光體的結合體，完全符合退火態(tài)45鋼在顯微組織方面的一些特征。

1.6斷口分析

斷口的形貌分析也能在一定程度上反映轉向直拉桿的斷裂部位特征，試驗人員通常從三個區(qū)域的角度出發(fā)，對斷裂部位的形貌進行分析。本文所研究的轉向直拉桿第一個區(qū)域呈現(xiàn)出較為明顯的臺階形貌且其表面比較平坦，每個臺階表面存在一定程度的疲勞弧線，裂紋源通常是處于臺階外表面箭頭所指示的部位，對應的疲勞裂紋通常是由轉向直拉桿的外表面逐步向內部擴展;第二個區(qū)域存在撕裂棱與解理臺階，具備一定的準解理轉向直拉桿斷裂形貌特征;第三個區(qū)域出現(xiàn)了比較顯著的韌窩現(xiàn)象，其可以作為最后的瞬間斷裂區(qū)域。

1.7微裂紋分析

通過對轉向直拉桿斷口的內側部位分析發(fā)現(xiàn)，其靠近外表面的部位出現(xiàn)大量不同截面的微裂紋。而第三個區(qū)域周邊管壁外表面的形貌上存在一定的銹蝕現(xiàn)象，但是沒有發(fā)現(xiàn)微裂紋現(xiàn)象。試驗人員又觀察微裂紋沿管壁的擴展情況，發(fā)現(xiàn)該斷裂部位的微裂紋整體上趨于平直狀態(tài)，且其擴展方向與直拉桿軸向互相垂直。進一步分析微裂紋內部的物質可知，斷裂紋內部所含的元素主要有鐵和氧，說明氧化物廣泛分布在微裂紋的內部。試驗人員還對相關的試驗圖像進行分析，記憶發(fā)現(xiàn)轉向直拉桿的端口內側某些部位存在凹凸不平的情況且大都存在腐蝕坑，而微裂紋往往會順著面積較大的腐蝕坑進行內部擴展。對于斷口內側的外表面來說，依然存在部分腐蝕坑形貌，試驗人員在其內部發(fā)現(xiàn)了比較細微的微裂紋，且其僅僅擴展到斷口的較淺部位。

2.分析與討論

通過分析試驗人員對轉向直拉桿的理化檢驗結果可以得知，本文所研究的轉向直拉桿所涉及到的硬度、化學成分以及顯微組織均為正常。在所有金屬構件中，出現(xiàn)混合雜質表面有孔洞以腐蝕坑等不連續(xù)缺陷是很常見的，而該類部位通常會成為疲勞斷裂的源頭。

作為一種非常常見的缺陷形式，腐蝕坑的存在會給金屬表面帶來應力集中現(xiàn)象。在反復的交叉載荷摧殘下，腐蝕坑極易變?yōu)榱鸭y源，從側面加快了疲勞裂紋的擴展速度，減少了金屬構件的使用壽命，從而致使金屬構件在使用早期就出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。國內相關學者對腐蝕坑進行了比較全面的研究，結果表明腐蝕坑的深度與寬度會對疲勞裂紋的擴展說明產生比較大的影響。

針對轉向直拉桿的斷裂部位而言，一方面是由于直拉桿的表面存在油漆脫落的問題，而其內部的金屬部分長時間與空氣接觸，致使直拉桿的表面受到腐蝕與氧化。另一方面，當汽車在道路上行駛時，轉向直拉桿長時間會處于拉力與壓力的交叉負荷作用下，特別是其中部弧形部位內側所受到的應力最大?？紤]到直拉桿弧形部位內側存在一定的腐蝕坑，當該部位的應力達到了材料的疲勞強度極限時，就會產生微裂紋。隨著時間的推移，裂紋會發(fā)生更多的擴展，導致轉向直拉桿出現(xiàn)大面積的斷裂現(xiàn)象，同時在環(huán)境的作用下出現(xiàn)銹蝕問題。

參考文獻

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